在農田生態(tài)系統(tǒng)輪作體系中，豆科作物由于更有利于改善土壤肥力、維持土壤健康而被廣泛推薦使用。然而，由于豆科作物殘體具有較低的碳氮比（C/N），容易被微生物分解利用，可促進土壤有機碳的礦化及激發(fā)效應（PE）。目前已有大量研究探究了不同輪作系統(tǒng)對土壤有機碳礦化的影響，但是在輪作系統(tǒng)中豆科作物的種植頻率對土壤有機碳的激發(fā)效應的影響尚不清晰，亟需進一步明確豆科作物對土壤有機碳動態(tài)的影響。

東北地理所土壤物質循環(huán)學科組研究人員基于中國科學院海倫農業(yè)生態(tài)試驗站作物長期輪作試驗平臺，選取小麥和玉米為主的輪作系統(tǒng)，采集具有不同大豆種植頻率的土壤樣品，利用穩(wěn)定同位素示蹤技術結合室內培養(yǎng)實驗，探究了豆科作物參與的不同輪作系統(tǒng)中土壤微生物量和群落結構等對農田黑土有機碳礦化及激發(fā)的影響。

研究表明，在連作系統(tǒng)中，小麥連作土壤具有最高的土壤有機碳礦化速率，其次是大豆連作，玉米連作的土壤有機碳礦化速率最低。與未添加葡萄糖的處理相比，葡萄糖添加分別使小麥和玉米輪作系統(tǒng)中土壤累積碳礦化增加了195%–230%和255%–300%（圖1a）。大豆參與的小麥和玉米輪作系統(tǒng)中，葡萄糖添加引起的激發(fā)效應分別比小麥和玉米連作增加了27%–38%和22%–26%，但大豆種植頻率對小麥和玉米輪作系統(tǒng)中PE的影響不顯著（圖1）。在小麥和玉米輪作系統(tǒng)中，大豆的參與增加了土壤C/N比及真菌生物量，降低了土壤細菌/真菌的比值，促進了土壤激發(fā)效應的強度（圖2），但大豆種植頻率對土壤有機碳激發(fā)效應的影響不顯著。研究結果為通過調整豆科作物參與的輪作體系促進土壤碳固定提供了科學依據(jù)。

圖1 不同小麥和玉米輪作系統(tǒng)中土壤有機碳礦化、激發(fā)效應（PE）和葡萄糖分解

圖2 土壤碳激發(fā)效應強度（PI）與土壤C、N以及微生物性質之間的關系

相關研究成果近期發(fā)表在農林科學國際期刊《Plant and Soil》上。土壤物質循環(huán)學科組博士研究生戴閃閃為第一作者，李祿軍研究員為通訊作者。研究工作得到中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項、國家重點研發(fā)計劃和中國科學院基礎前沿科學研究計劃項目等聯(lián)合資助。

論文信息：Shanshan Dai, Peng He, Meng-Yang You, Lu-Jun Li*. The presence of soybean, but not soybean cropping frequency has influence on SOM priming in crop rotation systems. Plant and Soil, 2023, doi: 10.1007/s11104-023-05947-2.

論文鏈接：https://doi.org/10.1007/s11104-023-05947-2